Implementação de um sistema laser de terawatt e suas aplicações

Resumo

Este projeto visa a implementação e o uso de um sistema laser capaz de gerar pulsos de energia mínima de 100 mJ e duração temporal inferior a 100 fs (potência de pico de 1012 W), centrado no comprimento de onda de 830 nm Este sistema será baseado em um comercial que gera pulsos de potência de pico de 10 GW, no comprimento de onda de 800 rim. A característica principal destes sistemas é o fato de serem contidos sobre uma mesa óptica convencional, levando-os à denominação de Table Top TeraWatt System (Sistema T3). O sistema comercial será especialmente modificado pelo fabricante, segundo nossas especificações, para operar no comprimento de onda de 830 nm que corresponde ao pico de ganho do meio laser ativo de Cr:LiSrAlF6 (Cr:LiSAF). Este cristal vem sendo crescido no Centro de Lasers e Aplicações (CLA) desde 1995, e estamos preparados para obter cristais de grandes dimensões e boas qualidades ópticas eestruturais, necessárias para operar em intensidades de dezenas a centenas de GW/cm2. O sistema comercial no qual nos basearemos já contém o estado-da-arte da tecnologia de Amplificação de Pulsos chirped (CPA). Um amplificador final será desenvolvido por nós, baseado nos cristais de Cr:LiSAF, e será adicionado antes do estágio de compressão temporal final. Para a implantação deste sistema, contaremos com a experiência e a competência dos pesquisadores do CLA, decorrente de 20 anos de atividades em desenvolvimento de lasers de estado sólido a partir de matrizes de fluoretos monocristalinas (crescidas no CLA), bem como na operação de lasers no regime de pulsos curtos. O sistema integrado constituirá uma plataforma para futuras ampliações, onde as dimensões e a qualidade de cristais de Cr:LiSAF são determinantes para a evolução desta classe de lasers. Devido à versatilidade e às altas intensidades desse sistema, ele ampliará as áreas de desenvolvimento e aplicações de lasers do grupo. Dentre estas, destaca-se a ablação não térmica de materiais. Para o processamento de materiais de interesse tecnológico, destacam-se os estudos de microusinagem sem efeitos térmicos, nos quais é importante a preservação das propriedades físicas do bulk. Estes resultados poderão ser transferidos para empresas de alta tecnologia. No caso de ablação de tecidos biológicos, são viabilizados processos nos quais o dano térmico ao material circunvizinho é mínimo ou inexistente, o que permite ampliar o beneficio do laser para a as áreas de saúde. Na ablação de tecidos orgânicos duros como esmalte e dentina, ou moles como a pele, a seletividade espacial e a ausência de propagação de calor permitem remoção cirúrgica sem danos nem à polpa nem à epiderme, respectivamente. Outra aplicação do sistema ocorre no sistema LIDAR onde os pulsos não comprimidos, após a primeira fase de amplificação, podem ser propagados na atmosfera tanto no modo fundamental como em harmônicos de ordem superior... (AU)